Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu việc xây dựng bộ đo công suất ứng dụng cho các bài thí nghiệm thực hành mạch điện xoay chiều. Nội dung chính của bài viết là xây dựng bộ đo công suất ứng dụng cho các bài thí nghiệm, thực hành theo dõi kết quả và cài đặt trực tiếp trên thiết bị.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA (MEAE2021) Xây dựng đo cơng suất ứng dụng cho thí nghiệm, thực hành mạch điện xoay chiều phịng thí nghiệm Kỹ thuật điện – Điện tử trường Đại học Mỏ - Địa chất Nguyễn Trường Giang1 Khoa Cơ – Điện, Trường Đại học Mỏ - Địa chất THÔNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 15/6/2021 Chấp nhận 17/8/2021 Đăng online 20/12/2021 Bài báo trình bày kết nghiên cứu việc xây dựng đo công suất ứng dụng cho thí nghiệmthực hành mạch điện xoay chiều Nội dung báo xây dựng đo cơng suất ứng dụng cho thí nghiệm, thực hành theo dõi kết cài đặt trực tiếp thiết bị Số liệu đo hiển thị lưu trữ theo thời gian thực thiết bị thiết bị khác smartphone, máy tính bảng, có kết nối 4G, wifi Các kết thực nghiệm đo thí nghiệm, thực hành mạch điện xoay chiều cho kết tốt, chứng tỏ khả sẵn sàng thay cho thiết bị đo cơng suất cũ, hỏng Từ khóa: Bộ đo cơng suất; ứng dụng theo dõi cơng suất © 2021 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Mở đầu Uno, tương thích với chương trình Arduino IDE Module tích hợp WiFi nên dễ dàng thực ứng dụng thu thập liệu điều khiển thiết bị thông qua WiFi Hình hình ảnh sơ đồ chân, hình sơ đồ nguyên lý module WeMosD1 mini Hiện hầu hết đồng hồ đo công suất tác dụng thí nghiệm thực hành đồng hồ cơ, thời gian trang bị lâu nên nhu cầu cải tiến thay đồng hồ kỹ thuật số với tinh vượt trội độ xác cao cần thiết Áp dụng công nghệ tiên tiến, sử dụng module đo công suất chuyên dụng kết hợp với vi xử lý ESP8266 tác giả chế tạo đồng hồ đo cơng suất, đo dịng điện điện áp, phù hợp với thí nghiệm, thực hành đo thông số mạch điện xoay chiều Thiết bị phần cứng kết nghiên cứu chế tạo 2.1 Thiết bị phần cứng 2.1.1 Module vi điều khiển WeMos D1mini Module WeMos D1 mini board phát triển dựa module ESP8266-12E phát triển theo tiêu chuẩn board mạch Arduino Hình Hình ảnh sơ đồ chân module WeMosD1 mini 29 HỘI NGHỊ KHOA HỌC TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HĨA (MEAE2021) Hình Sơ đồ khối module PZEM004T 2.1.3 Màn hình cảm ứng (LCD TFT 2.4 SPI ILI9341 TOUCH) Màn hình LCD TFT cảm ứng điện trở 2,4 inch ILI9341 giao tiếp SPI Hình hình hình ảnh sơ đồ chânmàn hình cảm ứng LCD TFT ILI9341 Hình Sơ đồ nguyên lý module WeMosD1 mini 2.1.2 Module đo lường PZEM004T Hình hình ảnh hình mơ tả sơ đồ khối module PZEM004T Module có chức sau: Đo thơng số (điện áp, dịng điện, cơng suất tác dụng lượng) Báo động tải, điện áp a Giao tiếp nối tiếp (giao tiếp TTL), sử dụng chức để giao tiếp với thiết bị đầu cuối thông qua chân đọc thiết lập thông số b a) Mặt trước; b) Mặt sau Hình Hình ảnh hình cảm ứng LCD TFT ILI9341 Hình Hình ảnh module PZEM-004T 30 HỘI NGHỊ KHOA HỌC TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA (MEAE2021) cần nguồn 5VDC cho module LCD, vi điều khiển Vì tác giả sử dụng 01 đầu vào nguồn AC chuyển sang 5VDC thông qua module nguồn HLK-PM01 cấp cho module mạch Hình ảnh module nguồn HLK-PM01 mơ tả hình Hình Hình ảnh module nguồn HLK-PM01 Hình Sơ đồ chân hình cảm ứng LCD TFT 2.4 SPI ILI9341 TOUCH 2.2 Thiết kế, chế tạo đo công suất 2.2.1 Thiết kế sơ đồ khối Định dạng hiển thị: Sơ đồ khối thiết bị bao gồm khối hình Cơng suất: phạm vi đo 0÷22kW Trong khoảng 0÷1kW, định dạng hiển thị 000÷999.9; Trong khoảng 1÷22kW định dạng hiển thị 1.000 ÷22.00 Điện năng: khoảng đo 0÷9999kWh Trong khoảng ÷ 10kWh, định dạng hiển thị 0.000 ÷ 9.999; Trong khoảng 10 ÷ 100kWh, định dạng hiển thị 10.00 ÷ 99.99; Trong khoảng 100 ÷ 1000kWh, định dạng hiển thị 100.0 ÷ 999.9; Hình Sơ đồ khối đo công suất Trong khoảng 1000 ÷ 9999kWh, định dạng hiển thị 1000 ÷ 9999 Chức khối: Khối nguồn: nguồn điện xoay chiều 220VAC dùng để cấp cho đầu vào nguồn xoay chiều module PZEM004T Nguồn 5VDC chuyển đổi từ nguồn xoay chiều thông qua module nguồn HLK- PM01 có chức cấp nguồn để tồn mạch hoạt động Điện áp: phạm vi đo : 80 ÷ 260VAC Định dạng hiển thị 110.0 ÷220.0 Dịng điện: phạm vi đo: 0÷ 100A Định dạng hiển thị: 00.00 ÷ 99.99 2.1.4 Module nguồn chuyển đổi AC – DC Khối đo điện sử dụng module PZEM004T Bộ đo công suất cần sử dụng nguồn AC cho thiết bị cần giám sát hoạt động đồng thời 31 HỘI NGHỊ KHOA HỌC TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA (MEAE2021) Khối xử lý trung tâm: sử dụng module vi điều khiển WeMos D1 mini kết nối với thiết bị ngoại vi giao tiếp với server thông qua WiFi Để đo liệu thu thập từ module PZEM004T thông qua ứng dụng smartphone máy tính, tác giả sử dụng giao thức MQTT theo mơ hình Publish/Subscribe Khối hiển thị: sử dụng hình cảm ứng LCD TFT 2.4 SPI ILI9341để dễ dàng theo dõi thông số điện đo cài đặt tham số cho thiết bị Hình 10 Giao diện lập trình biên dịch Arduino IDE 2.2.2 Kết nối chân linh kiện Kết đạt Linh kiện khối kết nối theo sơ đồ chân hình Từ phân tích thiết kế, tác giả chế tạo thành công đo công suất, với hình LCD TFT màu 2.4 inch có cảm ứng giao diện trực quan Ngoài ra, đo cơng suất có ứng dụng hỗ trợ theo dõi smartphone hỗ trợ kết nối với ứng dụng bên thứ Home Assistant Các chức đo công suất: Hiển thị kết đo điện áp, tần số, dịng điện, cơng suất, số điện ngày, tháng, tổng số điện sử dụng Lưu kết đo (số điện) thiết bị, kể kết nối internet Hỗ trợ ứng dụng hiển thị smartphone Hỗ trợ kết nối với Home Assistant Có giao thức kết nối MQTT Kết đo tương đương với thiết bị đo chuyên dụng (đã kiểm định) phịng thí nghiệm Hình Sơ đồ kết nối chân linh kiện 2.2.3 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển Tác giả sử dụng phần mềm Arduino IDE để xây dựng, biên dịch nạp chương trình điều khiển cho đo cơng suất 32 HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HĨA (MEAE2021) Hình 12 Hình ảnh đấu nối đo cơng suất thí nghiệm mạch điện kết đo Kết luận Trong báo tác giả tổng kết lại trình nghiên cứu, thiết kế chế tạo đo công suất Dựa phần mềm mã nguồn mở, tác giả tạo giao diện riêng để thực việc cài đặt kết nối thiết bị Các kết thực nghiệm đo thí nghiệm, thực hành mạch điện xoay chiều cho kết tương đương với thiết bị đo chuẩn phịng thí nghiệm Tài liệu tham khảo Hình 11 Hình ảnh đo cơng suất sau hồn thiện [1]http://allaboutcircuits.com/projects/breadbo ard-and-program-an-esp-01-circuit-with-thearduino-ide/ [2] http://arduino.cc/en/Main/Software 33 ... nối thiết bị Các kết thực nghiệm đo thí nghiệm, thực hành mạch điện xoay chiều cho kết tương đương với thiết bị đo chuẩn phịng thí nghiệm Tài liệu tham khảo Hình 11 Hình ảnh đo cơng suất sau hoàn... để xây dựng, biên dịch nạp chương trình điều khiển cho đo công suất 32 HỘI NGHỊ KHOA HỌC TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HĨA (MEAE2021) Hình 12 Hình ảnh đấu nối đo cơng suất thí nghiệm mạch. .. Assistant Các chức đo cơng suất: Hiển thị kết đo điện áp, tần số, dòng điện, công suất, số điện ngày, tháng, tổng số điện sử dụng Lưu kết đo (số điện) thiết bị, kể kết nối internet Hỗ trợ ứng dụng